bảo vệ trong mạng truyền tải quang wdm

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADM Add Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ AOTN All Optical Transport Network Mạng truyền tải toàn quang APD Avalance Photodiode Diôt tách sóng thác APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARC Alarm Reporting Control Điều khiển báo cảnh báo ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuyếch đại AST Alarm Status Function Chức năng trạng thái cảnh báo ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ CTP Connection Termination Point Điểm đầu cuối kết nối DEMUX Demultiplexer Bộ tách kênh DLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập tuyến quang động DLP Dedecated Line Protection Bảo vệ đoạn riêng DPP Dedecated Path Protection Bảo vệ tuyến riêng DP-WSHR Dedecated-Path-Switched WDM self-healing ring Ring WDM tự hồi phục chuyển mạch bảo vệ tuyến riêng EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại sợi có pha tạp Erbium FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn bước sóng HP Higher order Path Tuyến bậc cao IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông quốc tế LC Link Connection Kết nối tuyến LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu LP Lower order Path Tuyến bậc thấp LSA Link State Advertisement Thông báo trạng thái tuyến MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MP λ S MultiProtocol Labda Switching Chuyển mạch bước sóng đa giao thức MS Multiplex Section Đoạn ghép kênh i M-WSHR Multiple WDM Self Healing Ring Protection Bảo vệ đa ring WDM tự hồi phục MUX Multiplexer Bộ ghép kênh NZ-DSF Non-ZeroDispersion Shifted Fibre Sợi dịch tán sắc khác không OA Optical Amplier Bộ khuếch đại quang OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang OBPSR Optical Bi-directional Protection Switching Ring Ring chuyển mạch bảo vệ tuyến hai hướng OBS Optical Bust Switching Chuyển mạch cụm quang OC Optical Carrier Truyền tải quang OC-DPRing Optical Carrier-Dedicated Protection Ring Ring bảo vệ dành riêng ở truyền tải quang OCG Optical Channel Group Nhóm kênh quang OCh Optical Channel Kênh quang OCh- DPRing Optical Channel-Dedicated Protection Ring Ring bảo vệ dành riêng ở kênh quang OCh- SPRing Optical Channel Shared Protection Ring Ring bảo vệ chia sẻ kênh quang O-E-O Optical-Enectronical-Optical Biến đổi quang-điện-quang OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép kênh quang OMS- DPRing Optical Multiplex Section -Dedicated Protection Ring Ring bảo vệ dành riêng ở đoạn ghép kênh quang OMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ đoạn ghép kênh OMS- SPRing Optical Multiplex Section – Shared Protection Ring Ring bảo vệ dùng chung ở đoạn ghép kênh quang OS Optical Source Nguồn quang OSNCP Optical Subnet Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng con quang OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTM Optical Termination Multiplexer Bộ đầu cuối ghép kênh quang OTS Optical Transmission Section Đoạn truyền dẫn quang OXC Optical Crossconnect Nối chéo quang ii PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc bán dẫn P-N có lớp tự dẫn bên trong PPS Path Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tuyến QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SNCP SubNet Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng con SNR Signal-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TWP Tuneable Wavelength Path Tuyến bước sóng đường hầm VC Virtual Carrier Mạch ảo VRA Virtual Ring Architecture Kiến trúc Ring ảo VWP Virtual Wavelength Path Tuyến bước sóng ảo WC Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bước sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng WP Wavelength Path Tuyến bước sóng WR Wavelength Receiver Bộ nhận bước sóng iii LỜI NÓI ĐẦU Xã hội phát triển kéo theo nhiều ngành khác phát triển mạnh mẽ, trong đó có viễn thông và công nghệ thông tin nhằm đáp ứng những nhu cầu ngày càng nhiều và càng cao của con người. Khách hàng ngày càng được cung cấp nhiều dịch vụ mới với chất lượng và tốc độ được cải tiến. Điều đó đồng nghĩa với việc các nhà cung cấp phải cải thiện các công nghệ cũ và nghiên cứu các công nghệ mới để đảm bảo cung cấp cho khách hàng các dịch vụ: đảm bảo chất lượng mà giá thành thấp. Một trong các giải pháp được đưa ra là công nghệ ghép kênh theo bước sóng (công nghệ ghép kênh quang WDM). Khái niệm ghép kênh quang đã xuất hiện từ năm 1958, nhưng mãi đến năm 1997 Tomlinson và Aumiller mới đưa vào ứng dụng đầu tiên trong thực tế. Ghép bước sóng quang hay còn gọi là ghép kênh quang theo tần số là một phương thức truyền dẫn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và vấn đề quản lý mạng. Chính vì vậy mà phạm vi ứng dụng của nó đã mở rộng một cách nhanh chóng. Các nhà tổ chức thế vận hội Olympic mùa đông 1992 đã sử dụng tuyến cáp quang ghép bước sóng để truyền các chương trình giữa các địa điểm thi đấu đến thành phố Alberville. Hiện ghép bước sóng quang đã được ứng dụng rộng rãi trên các mạng truyền dẫn như hệ thống truyền hình cáp, trong mạng nội hạt, trong mạng truy nhập thuê bao và chủ yếu là trong các hệ thống cáp quang biển. iv Ở Việt Nam, mạng lưới truyền tải quang trong những năm qua đã đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Nhưng với xu hướng phát triển các dịch vụ đa phương tiện (yêu cầu băng thông lớn) thì mạng truyền tải đó sẽ sớm rơi vào tình trạng quá tải. Chính vì vậy, công nghệ ghép bước sóng quang (WDM) được chọn làm giải pháp để giải quyết vấn đề đó. Tháng 4 năm 1998, Việt Nam bắt đầu triển khai xây dựng trạm cập bờ tuyến cáp quang biển SEA – ME – WE 3 nối 33 quốc gia khác nhau của Châu Á và Tây Âu có tốc độ bit vào cuối năm 1999 lên tới 40 Gbit/s. Đây là tuyến thông tin quang ứng dụng công nghệ ghép bước sóng quang đầu tiên tại Việt Nam. Băng tần truyền dẫn của sợi đơn mode rất rộng. Vì vậy giải pháp ghép kênh theo bước (WDM) sóng sẽ làm tăng dung lượng và giá thành lại thấp. Hơn nữa ghép kênh theo bước sóng còn được áp dụng trong định tuyến và chuyển mạch quang. Để triển khai một hệ thống truyền dẫn WDM cần phải giải quyết rất nhiều các vấn đề đặt ra như là định cấu hình mạng, thiết kế tuyến, bảo vệ mạng, định tuyến và phân bổ bước sóng … Để duy trì hoạt động an toàn mạng thì một trong những vấn đề đặt ra đó là cần phải nghiên cứu vấn đề bảo vệ và phục hồi cho mạng. Vì vậy trong đồ án này em sẽ tìm hiểu những giải pháp bảo vệ, phục hồi phù hợp cho mạng truyền tải quang WDM. Để đạt được mục tiêu đó trong đồ án của em đi vào tìm hiểu những vấn đề chính:  Tổng quan về công nghệ WDM  Bảo vệ trong mạng truyền tải quang WDM  Phục hồi mạng và phân bổ lại tài nguyên Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng chắc hẳn các vấn đề nêu ra trong phạm vi đồ án này chưa thể hoàn chỉnh về một vấn đề hết sức quan trọng như vậy. Nội dung của đồ án vẫn còn có các vấn đề cần phải xem xét thêm và không thể tránh v khỏi những khiếm khuyết. Rất mong được các Thầy Cô giáo chỉ bảo, các bạn sinh viên và các bạn đọc quan tâm tới vấn đề này góp ý, chỉ dẫn thêm. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM 1.1.Giới thiệu Những năm gần đây, các dịch vụ thông tin tăng trưởng ngày càng nhanh chóng, yêu cầu về dung lượng truyền dẫn ngày càng lớn, đồng thời yêu cầu về chất lượng truyền dẫn cũng ngày càng khắt khe hơn. Để thích ứng với sự tăng trưởng không ngừng đó và thoả mãn yêu cầu tính linh hoạt của mạng, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đưa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ TDM, WDM, OTDM, Soliton. Với công nghệ TDM, dung lượng hệ thống có thể đạt tới 5 Gbps, tuy nhiên đây cũng là giới hạn dung lượng của công nghệ này. Với những gì không đạt được của hệ thống TDM về mặt dung lượng thì hệ thống thông tin quang dựa trên công nghệ WDM lại đáp ứng được. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang (WDM - Wavelength Division Multiplexing) là công nghệ truyền đồng thời nhiều bước sóng khác nhau trên một sợi quang, với dung lượng trên mỗi bước sóng quang điển hình là 2,5 Gbps. Số lượng ghép thường là (2 – 16) bước sóng (trong tuơng lai, con số này còn lớn hơn). Ở đầu vào, các bước sóng quang mang thông tin (các kênh quang) được vi ghép trên cùng một sợi quang và được truyền dẫn tới đầu thu. Tại đầu thu, các bước sóng ghép đó được tách ra bằng các bộ tách kênh quang. Dọc theo tuyến truyền dẫn có thể có các bộ khuếch đại quang để bù lại suy hao truyền dẫn. Công nghệ này thực sự cho hiệu quả truyền dẫn rất cao mà không quá phức tạp. Dưới đây là một tính toán cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn; Chỉ với riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là 1500 nm – 1600 nm, tương ứng với dải tần rộng cỡ 12,5 THz. Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất nhỏ trong băng tần truyền dẫn này. Rõ ràng, có thể thấy dung lượng yêu cầu cỡ hàng trăm Gbps là hoàn toàn nằm trong khả năng của hệ thống WDM. Thêm vào đó, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử như bộ tách ghép quang, bộ nối chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động hoặc tĩnh… Các công nghệ khác như OTDM, truyền dẫn Soliton thì dung lượng được đáp ứng rất tốt nhưng lại quá phức tạp, bởi thế mà giá thành hệ thống lại trở thành vấn đề đáng quan tâm. Công nghệ WDM với sự nâng cấp mở rộng dung lượng phát triển dịch vụ băng rộng, khai thác đầy đủ tiềm năng băng rộng của sợi quang, thực hiện truyền dẫn thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp sợi quang Pha của một nguồn quang α [dB] Băng tần cửa sổ 1550 nm Hình 1.1 Băng tần truyền dẫn sợi quang. λ [µm] 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,5 1,6 vii nói riêng, trong công nghiệp viễn thông nói chung. Thực sự, nó là công nghệ đáng được quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi. 1.2.Tiến trình phát triển mạng truyền tải Để thấy rõ được xu hướng phát triển mạng trong tương lai, trước hết nhìn lại lịch sử phát triển của công nghệ mạng truyền tải. Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ phân cấp số cận đồng bộ(PDH) sang phân cáp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh phân chia theo bước sóng). Để hỗ trợ và tương thích hoàn toàn với công nghệ cũ thì công nghệ chuyển mạch mới phải thích hợp với công nghệ truyền dẫn trước. Chẳng hạn công nghệ PCM có chuyển mạch ở mức 64Kbit/s và truyền dẫn ở mức 2Mbit/s; khi chuyển lên PDH thì nối chéo ở mức 2Mbit/s và truyền dẫn ở mức 140Mbit/s; và khi lên đến SDH thì nối chéo ở mức 155Mbit/s và truyền dẫn ở mức 10Mbit/s. Còn với công nghệ WDM thì chưa được xác định rõ nhưng theo dự đoán thì tốc độ chuyển mạch cơ sở cỡ 300Gbit/s tương ứng với dung lượng truyền dẫn 10Tbit/s. Dựa theo lịch sử phát triển và nhu cầu hiện tại thì công nghệ WDM ít nhất cũng đáp ứng được trong một thập kỷ. Trong tương lai, sớm hay muộn thì cũng cần có công nghệ WDM phát triển hơn và có lẽ được kết hợp với các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang như ghép kênh theo thời gian quang(OTDM) và chuyển mạch gói quang cùng với các trạm lặp quang 3R để mở rộng độ trong suốt của mạng. Trong tương lai xu hướng tiến tới mạng toàn quang (photonic). Để xây dựng nên một mạng truyền tải photonic khả thi và có lợi về kinh tế thì ngoài thách thức ban đầu về các công nghệ đường truyền quang chất lượng cao, các bộ nối chéo, và các nút chuyển mạch quang thì còn cần phải vượt qua thách thức về cấu trúc mạng. Yêu cầu quan trọng nhất của một mạng truyền tải đó là nó cần có cấu trúc tốt. Yêu cầu này cũng được thực hiện tương tự như của các mạng SDH hiện nay. Các thành phần cấu trúc sơ bản đó là các topo Ring và Mesh và có thể tổ hợp theo vài cách như kết hợp Ring/Mesh, phân cấp đa viii Ring…. Hình 1.2 chỉ ra xu hướng phát triển có thể của mạng truyền tải photonic tương ứng với sự phát triển công nghệ các khối cơ bản. Khi xây dựng mạng thì cũng cần có sự giám sát xem cái gì sẽ xảy ra trong mạng. Trong khi khai thác chắc chắn sẽ gặp phải các sự kiện được dự liệu trước và các sự kiện không xác định trước và đôi khi không mong muốn. Do đó cần có hệ thống báo hiệu và giám sát cho mạng. So với mạng SDH, thì có rất nhiều vấn đề cần phải được đề cập trong mạng WDM. Ví dụ giám sát tỷ lệ lỗi bít quang rõ ràng làm dễ dàng hơn cho hoạt động của mạng WDM. Cần có các tiêu chuẩn về mào đầu và báo hiệu để phát triển các thiết bị mạng WDM. ix Ring WDM kết nối đầy đủ Ring WDM kết nối tập trung OADMOADM Truyền dẫn WDM điểm-điểm Truyền dẫn WDM chuỗi có OADM OADM OADM OADMOADM OADM OADM OADM OADMOADM OADM oxc oxc oxc oxc oxc Topo Mesh và kết nối các Ring Xu hướng phát triển công nghệ 1996 1998 2000 2002 Hình 1.2 Xu hướng phát triển kiến trúc mạng Rào cản quan trọng tiếp theo cần vượt đó là phát triển một mô hình thông tin hiệu quả để trích và xử lý tất cả các trừơng thông tin nhận từ mạng. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng áp dụng thẳng cách tiếp cận mô hình phân lớp được phát triển cho mạng SDH đã nảy ra một số vấn đề đối với mạng WDM. Khi phát triển các hệ thống quản lý các mạng WDM có bản chất tương tự với nhiều hiệu ứng vẫn chưa được xác định rõ đã nảy ra các thách thức mới cho nghiên cứu. 1.3.Công nghệ WDM 1.3.1 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM So với hệ thống truyền dẫn đơn kênh quang, hệ thống WDM cho thấy những ưu điểm nổi trội:  Dung lượng lớn truyền dẫn lớn Hệ thống WDM có thể mang nhiều kênh quang, mỗi kênh quang ứng với tốc độ bit nào đó (TDM). Do đó hệ thống WDM có dung lượng truyền dẫn lớn hơn nhiều so với các hệ thống TDM. Hiện nay hệ thống WDM 80 bước sóng với mỗi bước sóng mang tín hiệu TDM 2,5Gbit/s, tổng dung lượng hệ thống sẽ là 200Gbit/s đã được thử nghiệm thành công. Trong khi đó thử nghiệm hệ thống TDM, tốc độ bit mới chỉ đạt tới STM-256 (40Gbit/s). x [...]... của hệ thống WDM trong mạng truyền tải Với sự phát triển mạnh của các thiết bị chuyển mạch quang và chuyển đổi bước sóng thì xu hường tiến tới mạng toàn quang là không xa Voice, IP Voice, IP SDH ATM MPLS ATM IP Giao diện quang mở SDH WDM/ OTN Mạng quang hiện tại WDM/ OTN Mạng quang tương lai Hình 1.6 Xu hướng mạng truyền tải quang trong tương lai xvii 1.3.3.2 Các phần tử trong mạng quang WDM Cấu trúc... âm, công suất tín hiệu quang truyền dẫn trên hai chiều , đồng thời phải sử dụng bộ khuếch đại quang hai chiều Nhưng so với hệ thống WDM đơn công, hệ thống WDM hai chiều giảm được số lượng bộ khuếch đại quang và đường dây xxv xxvi CHƯƠNG II BẢO VỆ TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG WDM 2.1 Sự cần thiết phải bảo vệ ở tầng quang Họat động bình thường của một mạng truyền tải quang trong thực tế không những ảnh... hướng cùng chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng (kênh bảo vệ)  Bảo vệ có trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng mà khôi phục lại đường truyền sự cố thì lưu lượng tự động chuyển từ kênh bảo vệ về kênh hoạt động đã được khôi phục Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ chia sẻ N:M Đặc biệt là 1:N xxix  Bảo vệ kiểu không trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng mà... lượng các tuyến quang cần phải quản lý Hiện nay mới chỉ áp dụng bảo vệ riêng OMS cho các hệ thống WDM điểm - điểm, trong khi đó bảo vệ OCh được sử dụng cho cả hệ thống điểm - điểm và các ring OADM, sắp tới có thể sẽ cung cấp thêm các ring bảo vệ chia sẻ OMS 2.2.3 Bảo vệ đoạn ghép kênh quang Hình thức bảo vệ này được thực hiện ở lớp ghép kênh quang (OMS), và hay được áp dụng bảo vệ trong các mạng cung cấp... được đường truyền sự cố thì vẫn truyền lưu lượng trên kênh dự phòng Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ riêng 1+1  Bảo vệ tuyến: chỉ thực hiển chuyển mạch bảo vệ tại điểm kết cuối của tuyến có sự cố  Bảo vệ đoạn: thực hiện chuyển mạch bảo vệ tại hai nút kế cận với đoạn bị sự cố, trường hợp sự cố nút thì đoạn bị sự cố là hai đoạn liền nhau chứa nút đó 2.2.1 Bảo vệ riêng Bảo vệ riêng là... cấp một số lượng lớn các kênh quang Tất cả các bước sóng (kênh WDM) truyền trên sợi quang bị sự cố cùng được định tuyến lại lên một tuyến sợi quang tạm thời rỗi (đã được xác định trước) Thực hiện chuyển mạch bảo vệ không gian tại bộ ghép kênh WDM (chuyển mạch sợi quang) 2.2.4 Bảo vệ kênh quang Hình thức bảo vệ này được thực thi ở lớp kênh quang Mỗi kênh quang được bảo vệ độc lập sử dụng một chuyển... ring bảo vệ chung OMS sẽ có thể được triển khai Bảo vệ OCh có thể được triển khai với hai cách: bảo vệ kết nối mạng con (SNCP) hoặc bảo vệ luồng Sự khác nhau cơ bản là trong bảo vệ luồng OCh kết cuối của luồng OCh cũng được bảo vệ vì số lượng card transponder được nhân đôi Giải pháp này cải thiện độ sẵn sàng của kênh quang, nhưng lại làm tăng chi phí đầu tư thiết bị 2.2 Các khái niệm cơ bản Bảo vệ là... phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài nguyên bảo vệ được cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động trên kênh bị ảnh hưởng bởi sự cố nhằm đảm bảo khả năng duy trì của mạng xxviii Bảo vệ - Có nhiều tiêu chuẩn để phân loại các kỹ thuật bảo vệ mạng nhưng thường dựa trên các tiêu chuẩn phổ biến sau: • Dựa vào số lượng hệ thống làm việc và dự phòng  Bảo vệ 1+1: là bảo vệ mà trong đó dành riêng... riêng, dẫn đến tổng số các chuyển mạch quang lớn nhưng cho phép lựa chọn các kênh để bảo vệ trong bộ ghép kênh và có thể tích hợp bảo vệ của các bộ phát đáp vào trong kiến trúc này 2.3 Các phương thức bảo vệ theo cấu hình mạng 2.3.1 Bảo vệ ở lớp kênh quang 2.3.1.1 Bảo vệ riêng cho cấu hình điểm - điểm Với cấu hình này có thể áp dụng trực tiếp các kỹ thuật bảo vệ tuyến riêng/chia sẻ nên không cần phân... ở phía thu sử dụng một chuyển mạch quang có chức năng như một bộ lựa chọn và chuyển mạch lên tuyến bảo vệ khi tuyến hoạt động tương tự có sự cố Sợi hoạt động Tx Rx Sợi bảo vệ Bộ chia Chuyển mạch Hình 2.1 Hệ thống WDM cấu hình đường thẳng chuyển mạch bảo vệ 1+1 Bảo vệ quang 1:1 tương tự như phương thức bảo vệ 1:1 trong SDH Khác với bảo vệ 1+1, lưu lượng không được truyền trên cả hai sợi hoạt động và . mạng truyền tải quang WDM. Để đạt được mục tiêu đó trong đồ án của em đi vào tìm hiểu những vấn đề chính:  Tổng quan về công nghệ WDM  Bảo vệ trong mạng truyền tải quang WDM  Phục hồi mạng và. lai Mạng quang hiện tại Hình 1.6 Xu hướng mạng truyền tải quang trong tương lai 1.3.3.2 Các phần tử trong mạng quang WDM Cấu trúc chung và các thành phần chính của hệ thống thông tin quang WDM được. quang và điện trong đó hệ thống WDM là hạt nhân của “lớp mạng quang . xvi Lớp mạch điện (như ATM, IP ) Lớp kênh SDH Lớp kênh quang WDM Hình 1.5 Vị trí của hệ thống WDM trong mạng truyền tải OXC